CN103119190B - 铸造零件的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及由铝系合金组成的铸造零件(10)的热处理方法，其中，所述铸造零件(10)在第一传热介质(14)中在规定的退火温度(T1)下退火规定的退火时长(t1)，并且随后被输送到水浴(20)中，其中，所述铸造零件(10)在退火和输送到水浴(20)之间还被输送到具有规定中间冷却温度(T2)的第二传热介质(16)中，并且在那里保持规定的中间冷却时长(t3)。

Description

铸造零件的热处理方法
技术领域
本发明涉及根据权利要求1前序部分的用于铸造零件热处理的方法。
背景技术
此类用于铸造零件的热处理方法一般为已知的现有技术。
在浇注之后冷却由铝系合金组成的铸造零件时，金属间相从富含铝的混晶的基质中分离出来。例如在AlMgSi体系中其涉及到Mg2Si相，其嵌入在α混晶基质中。金属间相对铸造零件的硬度有不利影响。
为了改进材料特性，将在此实施所谓的溶液退火其中将铸造零件以饱和线之上但共晶温度之下的温度进行加热，并且保持规定的时间。在溶液退火的同时，析出的金属间相溶解在富含铝的混晶中。
为了避免金属间相在溶液退火之后再次析出，零件在退火处理后通常直接淬火。淬火之后仍能够实现时效硬化(Auslagerung)。
发明内容
因此本发明的任务在于，为铸造零件提供更好的热处理方法。
该任务将通过具有权利要求1的特征的方法来完成。
在此类由铝系合金组成的铸造零件的热处理方法中，所述铸造零件在第一传热介质中在规定的退火温度下退火规定的退火时长，并且随后被输送到水浴中。依据本发明设有，铸造零件在退火和输送到水浴之间还被输送到具有规定中间冷却温度的第二传热介质中，并且在那里保持规定的中间冷却时长。
通过此类方法，铸造零件在其冷却的同时的温度表现和由此而来的结构变化将变得尤其可控。通过选取恰当的中间冷却温度和时长将使得例如在含镁的铝合金中能够非常好的控制硅化镁(Mg2Si)的预先分离。
中间冷却温度优选为150℃至380℃，并且特别是240℃至280℃。之前溶解的硅化镁在这一温度下还大部分保留在溶液中，并且因而完全用于随后的时效硬化处理。为此特别有意的将中间冷却时长选择在3秒至10分钟，尤其是3秒至10秒。
当保持在第二传热介质中的铸造零件达到较高的冷却速率时，使用此中间冷却步骤是特别有益的。冷却速率优选地低于-40K/s，并且尤其为-55K至-65K/s。由此实现了溶解在退火步骤中的部分的非常可靠的冻结。
从第一传热介质输送至第二传热介质时为了避免铸造零件不希望的结构变化，非常快地进行输送是格外有益的。铸造零件从第一传热介质输送到第二传热介质的时长优选为0秒至15秒。这例如能够通过相邻安装的热处理设备来实现，其中铸造零件例如直接由机器人且直接在两种传热介质间输送。
独立于两种传热介质间的铸造零件的输送时间范围，注意到铸造零件从第一传热介质输送到第二传热介质时，铸造零件的温度保持在450℃以上。铸造零件基本上应该保持退火温度，从而其不会在早期不受控的改变结构。
铸造零件从第一传热介质输送到第二传热介质时，铸造零件的温度保持在420℃以上是非常有利的。该温度与析出的温度阀值还有足够的差距，从而在合适的系统概念下能够避免低于所述温度阀值，而无需在两种传热介质间输送铸造零件的输送范围中附加加热设备。在相应较长的输送过程中当然也能够设有此类中间加热设备，这例如能够以两种传热介质之间输送区域中的热辐射器来实现。
所述方法还能够与附加的处理步骤组合。有利的是，铸造零件在输送到水浴之前被输送到具有规定时效硬化温度的第三传热介质中，并在那里保持规定的时效硬化时长。此方法将退火，例如溶液退火步骤与可控的冷却以及与紧随的时效硬化组合在一起，从而以此方法能够实现非常短的周期时间。同时，铸造零件在从第二传热介质中取出后的余热用于时效硬化，从而本方法尤其节省能源。此外，通过退火和时效硬化的直接相连避免了不希望的结构改变，所述结构改变会在室温长时间中间仓储铸造零件时出现。
在时效硬化步骤中时效硬化温度优选为220℃至300℃，并且尤其是160℃至280℃。时效硬化时长优选确定为1分钟至30分钟之间的时间。以本方法尽管时效硬化时间较短但能够得到与传统的数小时时效硬化相当的材料质量。这个非常快的方法能够因此有益的直接集成在具有较短周期时间的压铸设备中，而不需要铸造零件在物流上花费高昂的中间存储或者缓冲。
因为用于中间冷却和时效硬化的温度范围重叠，在可能情况下还能够放弃在第三传热介质中的时效硬化器。换而言之，铸造零件以所希望的时效硬化时长在中间冷却之后保持在第二传热介质中，从而中间冷却步骤与热时效硬化步骤被综合到一个单一方法步骤中。这样使得本方法的实施非常经济。
本方法的退火步骤优选实施为溶液退火步骤，其中，析出的合金元素溶解在铸造零件富含铝的混晶中，并形成共晶硅。对此将退火温度选择为460℃至540℃，并且尤其是485℃至495℃。退火时长在此为10秒至10分钟，尤其是1.5分钟至3分钟，并且特别优选为2分钟。尤其有益的直接在脱模之后将铸造零件从浇注热中输送到第一传热介质中。通过放弃从室温开始的加热就能够实现所述的非常快的退火时间。
可以使用流动空气作为第一和/或第二和/或第三传热介质，这在器材方面尤其简单。然而特别有益的使用盐浴来作为所述传热介质。盐浴因为其较高的热容量而特别快地加热或冷却所处理的铸造零件。因为能够放弃长时间的加热或冷却阶段，盐浴的使用尤其给使用本发明的加工生产线带来较高的节奏频率。此外，盐还从铸造零件的表面吸收铸造时所使用的脱模剂，从而能够省略额外的清洁步骤。如此得到的非常良好的表面质量此外还改善了铸造零件的可焊接性和耐腐蚀性。
因为在所述方法的范畴中，从第二或第三传热介质出来的零件直接在水浴中淬火，附着在铸造零件表面上的盐还有可能并不结晶析出，而是在将铸造零件浸入到水浴中的这一时刻还呈液态的附着在其表面上。盐在此直接溶解并且非常容易溶解在水浴的水中，从而能够省略随后清洁铸造零件的盐余或盐壳。
优选使用熔盐来作为用于盐浴的盐，其含有硝酸钠和/或硝酸钾和/或亚硝酸钠。
为了实现非常好地清洁铸造零件所附着的盐余，水浴优选使用的温度是40℃至60℃。通过相对室温而言略微提高的水浴温度，保证了还附着在铸造零件上的盐非常好的溶解性。此外还能够通过循环水浴来改进铸造零件上的盐余的清洁。
附图说明
随后应该结合附图对本发明及其实施方式做进一步说明。其中：
图1：依据本发明方法实施例运行的概括示意图；
图2：实施本发明方法时温度变化的示意图；和
图3：依据本发明方法其他实施例运行的备选方案示意图。
具体实施方式
在由铝系合金组成的铸造零件10浇注之后，其将从铸模12中脱模，并被输送到第一盐浴14中。所述盐浴14在大约490℃的温度T1下含有碱金属硝酸盐和亚硝酸盐所组成的混合物的熔盐。铸造零件10将在第一盐浴14中保持大约2分钟的时间t1。铸造零件10在盐浴14中的处理相当于冲击退火(Stoβglühen)，其中，合金元素溶解于铸造零件10富含铝的混晶中。为了得到所希望的效果，温度T1优选高于铸造零件10的金属混合物的饱和线但是始终低于共晶温度υE。
此外，盐浴14的熔盐溶解连接在铸造零件表面上的、在浇注时所使用的脱模剂。这一清洁效果改善了铸造零件10的表面质量并且带来提高了的可焊接性。
铸造零件10在盐浴14中的冲击退火之后，将铸造零件10输送到另一个盐浴16中。这一盐浴也含有混合碱金属硝酸盐和亚硝酸盐所形成的熔盐，其温度大约为180℃。为了避免铸造零件10过低冷却，铸造零件10在盐浴14和16之间的输送在最多为15秒的较短时间t2内完成。
盐浴16的温度低于硅化镁在铝-硅-镁合金中析出的温度阀值，大约在240℃至250℃。在退火步骤中，即在盐浴14中处理铸造零件10时溶解的部分将通过快速的输送并保持在第二盐浴16中而冻结，从而避免了富含铝的混晶通常由于溶解度随温度降低而下降所发生的从金属间相的析出，例如Al2Cu或Mg2Si。因为熔化盐良好的热容量，在盐浴16中能够得到大约为-60Ks-1的冷却速率。
在盐浴16中大约3秒至10分钟的停留时间t3之后，铸造零件10接下来被输送到另一盐浴18中，并且在那里被冷却或加热到160℃至280℃的温度T3，并保持大约10分钟的时间t4。在第三盐浴18中的处理在此能够代替时效硬化。
取代在另外盐浴18中的时效硬化，还能够在盐浴16中的中间冷却之后实施时效硬化。在停留时间t3之后，铸造零件10在盐浴16中另外停留时间t4。这样能够完全弃用第三盐浴18。铸造零件10在盐浴16中的时效硬化后能够直接被输送到水浴20中进行淬火。
通过冲击退火和较短的时效硬化时间t4，实现了铸造零件10非常快速的热处理。通过将铸造零件10快速的并且直接的从铸模12中输送到盐浴14中，或者在盐浴14、16、18间输送，并没有通过铸造零件的冷却而失去能量，从而所述方法在能量方面格外经济。
在盐浴18中时效硬化完成之后，铸造零件10接下来被输送到温度大约为40℃至60℃的水浴20中。为了避免熔盐在铸造零件10的表面上结晶析出，也优选地较快进行盐浴18和水浴20之间的输送，也就是说，在数秒的时间内。因为附着在铸造零件上的盐余以熔融态被输送到水浴20中，所以所述盐余溶解良好，从而能够省略铸造零件10额外的清洁。通过将水浴的温度调节到40℃至60℃，也会促进附着盐的溶解。还能够通过搅拌水浴20来实现盐余溶解性的改善。
本方法当然并不局限于所述的T6退火。可选地，还能够在本发明的范畴中实施软化退火，其中，铸造零件10在溶液退火后淬火到280℃到420℃之间的温度，优选的介于300℃和380℃，并保持2分钟至20分钟。接下来直接实现在水浴20中的淬火。
总体上，建立本方法用于铸造零件10的热处理，所述方法快速且节能，并且因为较短的处理时间使得铸造零件10的延迟尽可能最小化。在水浴20中的处理之后，能够接着其他机械处理步骤，如浇注残余的去除、铸造零件的去除芒刺或校准。铸造零件10在盐浴14、16、18以及水浴20中较短的停留时间使得热处理直接集成结合在浇注过程中，并使得热处理步骤与浇注工具12的周期相吻合，从而能够省略缓冲炉、物流上花费高昂的中间仓储步骤以及诸如此类。
除了所述的通过溶液退火、中间冷却和时效硬化的三步处理，铸造零件还有可能两步处理，其中，时效硬化和中间冷却组合在一个步骤中。在此在2～4分钟时间内于490℃～510℃、优选在500℃进行溶液退火。在方法的这一方案中优选地在此使用所述类型的盐浴14。在溶液退火后直接将铸造零件10输送到另一盐浴16中，并在那里在180℃至300℃之间的温度，优选为220℃至300℃之间的温度同样保持2～20分钟，优选为2～12分钟，并且特别优选为2～6分钟。特别有利的温度是240℃至280℃，尤其是240℃和260℃的温度。在这一处理步骤之后还实现如此处理过的铸造零件10在水浴中的淬火。以此方式能够非常快的得到铸造零件10所希望的材料特性。
所述方法基本上适合于全部基于铝的压铸合金，尤其适合于具有镁组分的铝-硅合金。对于具有较高延展性要求的零件来说，例如能够使用如下组分的合金：
以及可选的具有：
铬     0.1-0.3重量%
镍     0.1-0.3重量%
钴     0.1-0.3重量%
合金剩余部分由具有分别不高于0.05重量%且总体不高于0.2重量%的由于制造而得的杂质的铝组成。
图3以示意图展示了本方法另一实施例的过程，其中，铸造零件10从铸模12脱模以后首先实现在盐浴14中的溶液退火。盐浴14相似于图1说明的实施例在大约510℃的温度T1下包含有碱金属硝酸盐和亚硝酸盐的混合物的熔盐。铸造零件10在第一盐浴14中保持大约3分钟的时间t1。
铸造零件10在盐浴14中溶液退火之后，将被再次输送到另外的盐浴16中。该盐浴16也含有碱金属硝酸盐和亚硝酸盐的混合物组成的熔盐。此处需注意，为了避免铸造零件10的过度冷却，铸造零件10在盐浴14和16之间的输送优选在最多15秒的较短时间t2内实现。
盐浴16的温度T2在此为大约240℃至280℃，并且尤其是260℃。因为铸造零件10的冷却速率在当前保持在第二盐浴16中时低于-40K/s，尤其在-55至-65K/s，在这种情况下已经得到铸造零件10的淬火。在此，铸造零件10优选在盐浴16中保持2秒至30秒的保持时间，特别优选为10秒。在此已经通过较短的保持时间来避免Mg2Si的析出。
随后，铸造零件10优选的在室温下再次被输送到水浴20中。为了避免熔盐在铸造零件10的表面上结晶析出，优选的快速进行盐浴16和水浴20之间的输送，也就是说在数秒的时间内。在所述情况中，水浴20仅用于清洁，而并不用于铸造零件10的淬火，所述淬火已经在盐浴16中完成。因为附着在铸造零件10上的盐余以熔融形式被输送到水浴20中，所以所述盐余溶解良好，从而能够省略铸造零件10额外的清洁。
此处说明，能够给予水浴20清洁添加剂。此外，能够将设有多步的水浴20也纳入到本发明范畴中。
最后，在图3所介绍的方法中，在时效硬化设备22中进行单独的时效硬化，所述时效硬化设备优选的包括热处理炉。在此，铸造零件10例如在流动空气中在220℃至300℃的温度、尤其是在大约260℃时效硬化40分钟至60分钟的时间、尤其是大约50分钟。该时效硬化时间给予铸造零件10较高的延展性。
前述方法在此尤其适合上述合金，但并不局限于此。

Claims (21)

1.由铝系合金组成的铸造零件(10)的热处理方法，其中，所述铸造零件(10)在第一传热介质(14)中在规定的退火温度(T1)下退火规定的退火时长(t1)，并且随后被输送到水浴(20)中，其特征在于，所述铸造零件(10)在退火和输送到水浴(20)之间还被输送到具有规定中间冷却温度(T2)的第二传热介质(16)中，并且在那里保持规定的中间冷却时长(t3),
其中所述铝系合金包含以下组分：
以及可选的具有：
铬                 0.1-0.3重量％
镍                 0.1-0.3重量％
钴                 0.1-0.3重量％
所述合金的剩余部分由具有分别不高于0.05重量％且总体不高于0.2重量％的由于制造而得的杂质的铝组成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间冷却温度(T2)为150℃～380℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间冷却温度(T2)为240℃～280℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间冷却时长(t3)为3秒至10分钟。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间冷却时长(t3)为3秒至10秒。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸造零件(10)保持在第二传热介质(16)中的时候冷却速率＜-40K/s。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸造零件(10)保持在第二传热介质(16)中的时候冷却速率为-55至-65K/s。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸造零件(10)从第一传热介质(14)到第二传热介质(16)中的输送在0秒至15秒的时长(t2)内完成。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述铸造零件(10)从第一传热介质(14)输送到第二传热介质(16)中时，将铸造零件(10)的温度保持在高于420℃。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述铸造零件(10)从第一传热介质(14)输送到第二传热介质(16)中时，将铸造零件(10)的温度保持在高于450℃的温度。
11.根据权利要求1至10中任意一项所述的方法，其特征在于，所述铸造零件(10)在淬火之前被输送到具有规定时效硬化温度(T3)的第三传热介质(18)中，并且在那里保持规定的时效硬化时长(t4)。
12.根据权利要求1至10中任意一项所述的方法，其特征在于，所述铸造零件(10)在淬火之前在第二传热介质(16)中的中间冷却时长(t3)之后在规定的时效硬化温度(T3)下保持规定的时效硬化时长(t4)。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述时效硬化温度(T3)为220℃～300℃。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述时效硬化温度(T3)为160℃～280℃。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述时效硬化温度(T3)为220℃～300℃。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述时效硬化温度(T3)为160℃～280℃。
17.根据权利要求1至10中任意一项所述的方法，其特征在于，所述退火温度(T1)为460℃～540℃。
18.根据权利要求1至10中任意一项所述的方法，其特征在于，所述退火时长(t1)为10秒～10分钟。
19.根据权利要求1至10中任意一项所述的方法，其特征在于，所述退火时长(t1)为1.5分钟～3分钟。
20.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，使用盐浴来作为所述第一和/或第二和/或第三传热介质(14、16、18)。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，使用包含硝酸钠和/或硝酸钾和/或亚硝酸钠的熔盐作为所述盐浴(14、16、18)。
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